二、铁在环境中的分布

铁是自然界中最为丰富、用途最大、研究最多、了解最深的元素之一。铁在地壳中质量约占5%，并主要以300多种铁矿石的形式存在。目前，被人类开发的铁矿石种类20多种，其中最主要的是赤铁矿、硫铁矿、褐铁矿、磁铁矿和菱铁矿等。

（一）赤铁矿

赤铁矿为不含结晶水的Fe2O3，其结晶组织不一，从非常致密的结晶组织到分散松软的粉末状存在，从而使其硬度也存在差异，一般结晶度好的赤铁矿硬度在5.5～6.5之间，粉末状的赤铁矿硬度要低得多。赤铁矿在自然界中含量丰富，但较为纯净的赤铁矿较少，纯赤铁矿铁含量约70%。赤铁矿外表颜色从红色到浅灰色，偶有黑色赤铁矿存在。

（二）硫铁矿

硫铁矿又称黄铁矿、硫精砂、硫化铁、硫精矿粉、矿铁矿、白铁矿等，主要分子式为FeS2。硫铁矿主要是由自然界微生物作用下，将硫酸盐还原成硫化物，硫化物再与可溶性铁反应形成铁硫化合物矿石。硫铁矿在自然界中存在丰富，在各类岩石中都可发现。我国是世界上硫铁矿储量最为丰富的国家之一，主要分布在安徽马鞍山、广东英德、甘肃白银、贵州毕节等。硫铁矿成分中通常含有硒、钴、镍等元素，具有氯化钠型晶体结构，铁硫化物常存在的形式有不定型FeS、细颗粒状、四方硫铁矿的混合体、四方硫铁矿、硫复铁矿（Fe3S4）和黄铁矿（FeS2）。其中不定型FeS、四方硫铁矿、硫复铁矿（Fe3S4）在酸性条件下容易分解，在埋藏岩石的作用下常常转化为热化学更稳定的黄铁矿（FeS2）。在地表条件下容易风化为褐铁矿。主要外表颜色呈浅黄色、条痕绿黑色，具有强金属光泽，不透明，硬度达6～6.5。

（三）褐铁矿

褐铁矿为含结晶水的Fe2O3。褐铁矿的形成主要是矿床在酸性残余火成岩与石灰岩接触过程中发生交硫化作用，并经过后期的氧化，从而形成黄铁矿矽卡岩型铁帽状褐铁矿床，矿床平均含铁量约37%，褐铁矿石、石英占总量的90%以上。褐铁矿结构比较松散，密度小，含水量大。在干燥的情况下，褐铁矿结构中的结晶水容易去掉，脱水后的矿石气孔较多，容易还原。褐铁矿的颜色与其含结晶水多少有关，结晶水含量不同其颜色也不同，由黄褐色至深褐色或黑褐色，条痕黄褐色。

（四）磁铁矿

天然磁铁矿主要由氧化铁和三氧化二铁组成。其中大部分铁是以铁的氧化物形式存在。磁铁矿在自然界中分布广泛，储量丰富，环境相容性好。与自然界中广泛分布不同，在地壳中纯磁铁矿含量很少见，主要原因是磁铁矿是铁的非高价氧化物，遇到氧或水后容易继续氧化。受到氧化的磁铁矿转化为赤铁矿，但仍保持磁铁矿的结晶形态，我们俗称这种矿石为假象赤铁矿或半假象赤铁矿。磁铁矿理论含铁量为72.4%。其外表颜色通常为炭黑色或略带浅蓝的黑色，有金属光泽，条痕黑色。磁铁矿被认为是具有广阔前景的吸附材料，尤其是对一些重金属元素具有一定的吸附能力。Heather等利用纳米级的磁铁矿对水中砷进行吸附，发现其吸附效率较高，是较为理想的除砷吸附剂。姜彬慧等研究天然磁铁矿的吸附能力表明，磁铁矿对污染物铅具有很强的吸附能力，并且与反应液中pH值密切相关，在一定pH值范围内，随着其升高，吸附能力逐渐增强，在pH值为6时，对铅吸附率达97.8%。

（五）菱铁矿

菱铁矿为铁的碳酸盐形式，化学分子式为FeCO3（碳酸铁），其理论铁含量为48.2%左右，含FeO为62.1%，CO2为37.9%。自然界中常见的菱铁矿坚硬致密，外表颜色为灰色或黄褐色，相对密度3.8，硬度3.5～4.0，无磁性。菱铁矿在氧和水的条件下容易氧化为褐铁矿。菱铁矿的形成可能存在两种形式，一种为在沉积盆地的水体处在还原状态、贫硫、富铁时，从而直接从水体中沉淀而成；另一种为沉积盆地的水体处在相对氧化状态，海水中可溶性二价铁被氧化为三价铁后发生沉积，而且成岩过程中有可能由铁的氧化物或氢氧化物转化而来。因此，沉积岩中菱铁矿的形成方式与沉积盆地水体的氧化还原状态和地球化学性质密切相关。